第 1 章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
机械传动方式多种多样，其中，链传动属于机械传动方式中应用较为广泛的一种，相比齿轮传动与带传动，链传动有众多优势，例如，同齿轮传动相比，可以实现较大的中心距传动工况，能够在恶劣的环境中运行并且成本较低等；同带传动相比，没有弹性滑动和打滑现象，链传动的平均传动比相对更加准确，传动效率更高，过载能力高，并能够更好地在较重负载的状况下运行等。齿形链（通常也被称为“无声链”）作为链传动的一种机械基础件，同普通链的传动形式相比，具有噪声小、可靠性高、运动精度高等优点。由于齿形链的诸多优点，现已经被广泛应用在机床、汽车发动机、变速器、分动箱、摩托车、飞机、船舶及其他高速传动装置中[1]。近年来，汽车行业发展迅速，齿形链作为机械行业中一种重要的基础件，在汽车发动机和变速箱中得到了越来越广泛的运用。例如，众多品牌汽车发动机正时系统的传动部分已经广泛采用了齿形链传动，除此之外，绝大多数全驱汽车的分动箱以及某些种类的汽车变速箱系统（例如混合动力汽车），其传动部件均普遍采用了齿形链传动。随着国家对新能源汽车相关政策的颁布，混合动力汽车的保有量将逐步增加，因此，齿形链在变速箱中的应用也必将越来越广泛。然而，知名汽车品牌的分动箱中所使用的齿形链绝大部分均是由博格华纳公司和N-Van’s Gear 公司所制造提供的，例如，美国以及欧洲包括德国、法国、意大利等制造强国的汽车厂商。鉴于这些国家在世界汽车领域中的重要地位，所以，这两家公司在世界汽车分动箱齿形链市场上占据了绝对的霸主地位[2,3]。
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1.2 国内外研究现状
在加工和运用链传动装置方面，国内外均具有悠久的历史。早在 1 世纪时，中国便出现了类似链传动装置的雏形。达·芬奇作为著名的艺术家和科学家，最早设想了近现代链传动的基本结构。之后欧洲的伽尔和杰姆斯·司莱泰两人分别于 19 世纪 30 年代和 60 年代年发明了销轴链和无套筒滚子链，而目前应用最为广泛的滚子链则是由英国的汉斯·雷诺在 1880 年改进而成的[8]。到了 20 世纪 40年代末，美国的 Morse 链条公司对齿形链的铰链结构进行了改善，把滑动摩擦改为滚动摩擦，齿形链得以逐步发展成如今拥有变节距特性的滚销式齿形链，提高了齿形链的传动性能。 在有关齿形链的研究中，国内很多学者对其进行了不断的探索。王吉民鉴于传统直边齿廓链轮与齿形链的啮合接触冲击与横向振动较大的问题，研究了渐开线链轮和齿形链的啮合设计方法[9]。王秀根据 CL06 型的标准齿形链，研究了利用渐开线齿廓来代替直线齿廓齿形链链轮和滚刀的设计方法等[10]。除此之外，关于齿形链的振动和噪声方面，很多学者也做了很多的相关研究。例如，孙威主要研究了齿形链的啮合冲击激励问题，构造了相应的链传动系统的声学振动模型，并对所建系统进行了相应的动态激励仿真、动态激励声学边界元分析、噪声辐射分析、噪声识别等方面的研究[11]。兰宏等设计了可以降低噪声的滚子链，并将其与同规格的普通滚子链进行相关的试验对比，验证其在降低噪声方面设计的合理性，在滚子链的降噪方面迈出了重要的一步[12]。而李启海等对 Hy-Vo 齿形链进行了相关的噪声试验，验证了 Hy-Vo 齿形链的高速低噪声性能，并且证明了其传动噪声明显低于套筒滚子链的传动噪声。同时，研究了参数变化与 Hy-Vo齿形链噪声特性之间的关系，这对于从根本上控制 Hy-Vo 齿形链的噪声具有深远的意义[13]。
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第 2 章 齿形链的变异类型
在机械传动中，链传动的使用情况非常普遍，它主要由主动轮、从动轮和链条组成，并且依靠链轮齿形同链板的相互啮合而传递一定的运动[50]。在机械行业中，齿形链作为机械传动形式之一，应用领域十分广泛。通常，在机械制造、矿山、农业、建筑、冶金、汽车、摩托车、叉车、飞机、船舶及其他高速传动中，越来越多地使用了齿形链。由于齿形链种类繁多，分类方法与分类标准也千差万别，由此衍变而来的变异形式也是多种多样。因此，对齿形链的变异类型进行系统的研究显得尤为重要，同时，探究齿形链的多元变异对于研究齿形链的动力学性能具有重要的意义。 Hy-Vo 齿形链作为一种新型高端齿形链产品，相比其他被广泛运用的普通齿形链，具有明显的优势：非常小的多边形效应、在高速运转或冲击状况下仍能够保持低噪声和强耐磨性。除此之外，Hy-Vo 齿形链的特点是产品系统分析和设计技术比较复杂、产品制造的技术难度较大、产品价格比较昂贵等。随着齿形链传动技术的不断发展以及汽车主机厂等机械行业对齿形链的需求多样化，目前的Hy-Vo 齿形链已经不能完全满足其传动性能要求，这就需要 Hy-Vo 齿形链具有多种多样的变异形式。同时，由于人们对于汽车在高速动力情况下低噪声的期望值越来越高，必然需要对目前的 Hy-Vo 齿形链进行相应地变异与优化，而这一相应的变异与优化可以认为是 Hy-Vo 齿形链在发展过程中的一大改革与创新。 双相传动 Hy-Vo 齿形链系统是由两挂单相传动 Hy-Vo 齿形链和相位差分别为?/ z 的主、从动双相链轮所组成，如图 2.1 所示。由于双相传动 Hy-Vo 齿形链的两挂链条在运行过程中会相互抑制彼此的波动，因而可以明显减小双相传动Hy-Vo 齿形链系统的波动量，减弱振动，同时，也能够显著提高齿形链传动系统的耐磨性能。因此，研究双相传动 Hy-Vo 齿形链的多元变异耦合效应对齿形链系统波动量、振动和噪声的影响具有重要的实际意义[51]。
2.1 形状变异
形状变异主要是指构成双相传动 Hy-Vo 齿形链的链板、销轴和导板形状的变异。目前，双相传动 Hy-Vo 齿形链的形状变异主要表现在: (1) 链板孔形状变异 双相传动 Hy-Vo 齿形链的基准链板孔形状一般有圆形、长腰形、心形及菱形等，其链板孔形状参见销轴截面形状变异。圆形基准孔双相传动 Hy-Vo 齿形链，其链板孔近似圆形，是由基准孔圆弧和对滚销轴的定位圆弧两段圆弧构成，两段圆弧连接处由倒圆过渡连接。长腰形基准孔双相传动 Hy-Vo 齿形链，其链板孔是由多段圆弧圆滑连接而成，形状呈长腰型因而被称为长腰形基准孔。 心形基准孔双相传动 Hy-Vo 齿形链，其链板孔是由两个直径不同的圆叠加而成的，因形状近似心形而被称为心形基准孔。 菱形基准孔双相传动 Hy-Vo 齿形链，其链板孔是在菱形的基础上圆滑过渡设计的，其销轴截面形似三角形，并且三角形的三条边分别是由两条直线段与一段圆弧过渡连接组成，因链板孔形状近似菱形而被称为菱形基准孔。
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2.2 参数变异
参数变异一般是指链板和链轮在啮合过程中影响 Hy-Vo 齿形链传动性能的参数的变异，这些参数一般有：链板的基准边心距、链板孔基准圆心距、当量边心距、齿形角、销轴定位偏置角、销轴对滚表面圆弧曲率半径、链轮压力角等等，所有这些参数的变异对 Hy-Vo 齿形链的传动性能均可产生一定的影响，而多个参数的同时耦合变异是齿形链的一个重要研究方向，也是本论文所研究的重点，所有相关的可发生变异的参数参照第三章中的图 3.1 和图 3.5。
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第 3 章 基于多元变异的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统设计 ..... 13
3.1 基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统设计.... 13
3.1.1 基于心形孔的 Hy-Vo 齿形链链板的设计 ........ 13
3.1.2 基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链链轮设计 ..... 16
3.1.3 基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链的啮合设计体系....... 17
3.2 基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统设计.... 19
3.3 本章小结 .......... 24
第 4 章 基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统动态特性分析........ 27
4.1 齿形链计算 ...... 27
4.2 模型的建立 ...... 29
4.3 基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统仿真结果分析 .... 33
4.4 本章小结 .......... 38
第 5 章 基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统动态特性分析.......39
5.1 齿形链计算 ...... 39
5.2 模型的建立 ...... 40
5.3 基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统仿真结果分析 .... 43
5.4 本章小结 .......... 47
第 5 章 基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统动态特性分析
基于菱形孔的 Hy-Vo 齿形链是一种新型变异齿形链，因此，在本论文中所研究的设计方法与之前的设计方法有所不同，是一种新的设计方法。而基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链的设计与计算更是无人涉及与研究，所以对基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链的研究是一种探索性的研究。在本章中，不仅对基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链进行了相关的设计计算，并通过多体动力学仿真软件对基于菱形孔的 Hy-Vo 齿形链的传动性能进行了一定的探索与研究[61-64]。
5.1 齿形链计算
选取基于菱形孔的 Hy-Vo 齿形链的基本节距为 P ?9.525mm，链板的齿形半角为? ?30? ，菱形链板孔的基准孔心距为 A ?9.44mm，链板的基准边心距为f ?4.75 mm，定位偏置角为 ? ?3.8? ，两个三角形销轴圆弧段的曲率半径为r ?7.4 mm ， 菱 形 链 板孔 的菱 形中 心 O 到 三角 形销轴 相接 触面 的距 离 为0.06mS ? mm。根据公式（3.12），可求得 P' ?9.5272 mm。 将在 CATIA 中构建的基于菱形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链系统模型导入动力学仿真软件 Recur Dyn 中，建立其系统仿真模型如图 5.5（a）所示，图 5.5（b）为其局部放大图，与其参数一致的基于菱形孔的单相传动 Hy-Vo 齿形链系统仿真模型如图 5.5（c）所示，图 5.5（d）为其局部放大图。
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结论
本论文根据双相传动 Hy-Vo 齿形链的研究现状，在国家自然科学基金及吉林省科技计划项目的相关支持下，研究了双相传动 Hy-Vo 齿形链的多元变异类型，分别提出了基于心形孔和菱形孔的两种不同链板孔形状的双相传动 Hy-Vo齿形链系统的设计方法，并分别建立了基于心形孔和菱形孔的双相传动 Hy-Vo齿形链的多体动力学仿真模型以及与其参数一致的基于心形孔和菱形孔的单相传动 Hy-Vo 齿形链的多体动力学仿真模型。针对齿形链的多元变异类型，分别建立了不同基准边心距和定位偏置角的基于心形孔的 Hy-Vo 齿形链的多体动力学仿真模型，对所有建立的仿真模型进行动态特性分析，研究了多元变异耦合效应对 Hy-Vo 齿形链传动性能的影响，对比分析研究了双相传动 Hy-Vo 齿形链与单相传动 Hy-Vo 齿形链的传动性能。通过相关研究分析，本论文主要得到以下几点结论：
1.根据现有的 Hy-Vo 齿形链的研究现状，研究了双相传动 Hy-Vo 齿形链的变异类型及变异的多元化，指出了研究多元变异的耦合效应对双相传动 Hy-Vo 齿形链传动性能影响的研究价值与实用意义.
2.通过对基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链的设计，分别建立了基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链和与其参数一致的单相传动 Hy-Vo 齿形链的三维模型及动力学仿真模型，提取了齿形链链条的波动量并对其进行了对比分析研究，除此之外，研究了基于心形孔的双相传动 Hy-Vo 齿形链的链板角速度、瞬时传动比，并研究了与其参数一致的单相传动 Hy-Vo 齿形链的链板角速度、瞬时传动比及链节间张力等。通过对比研究表明，双相传动 Hy-Vo 齿形链的最优设计结果并不是单相传动 Hy-Vo 齿形链最优设计结果的简单叠加，而是不同参数相互影响相互作用的最优值，并且，双相传动 Hy-Vo 齿形链的传动性能明显优于单相传动 Hy-Vo 齿形链的传动性能。
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参考文献（略）